《高分子物理学进展》课件

高分子物理学进展探索高分子材料的奥秘，引领材料科学的未来高分子物理学的定义和发展历程定义发展历程高分子物理学是研究高分子材料的结构、性质和行为的学科，它从早期对天然高分子的研究，到合成高分子材料的蓬勃发展，高结合了物理学、化学和材料科学的原理分子物理学取得了显著进展高分子物质的微观结构单体1构成高分子的基本单元，例如乙烯、苯乙烯等聚合物链2多个单体通过化学键连接形成长链结构，例如聚乙烯、聚苯乙烯高分子3由多个聚合物链相互缠绕、聚集形成的宏观材料高分子链的构象线团构象杆状构象高分子链在溶液中呈现随机折叠状态，高分子链具有刚性结构，呈直线状排形成无序的线团状列，例如某些液晶高分子螺旋构象高分子链沿链轴方向螺旋状排列，例如蛋白质的螺旋结构α-高分子链的动力学行为链段运动高分子链上的链段可以发生局部运动，例如旋转、1振动链的扩散高分子链在溶液或熔体中可以发生扩散，其扩散系2数与链长有关链的缠结高分子链在浓溶液或熔体中容易发生缠结，影响材3料的流变学性质高分子链的统计力学描述构象统计用统计方法描述高分子链在空间中的构象分布自由度模型将高分子链看作一系列连接的自由度，并用统计方法描述其运动统计平均通过统计平均计算高分子链的物理量，例如尺寸、扩散系数等高分子溶液的性质溶解度粘度渗透压高分子溶液的溶解度取决于高分子与溶高分子溶液的粘度远高于纯溶剂，并且高分子溶液中的高分子会对溶剂产生渗剂之间的相互作用随高分子浓度增加而增大透压，导致溶剂从低浓度侧向高浓度侧流动高分子熔体的流变学特性12粘度弹性高分子熔体的粘度随温度下降而增加，高分子熔体具有弹性，可以发生形变，并表现出非牛顿流体特性并可以在去除外力后恢复原状3蠕变高分子熔体在恒定应力下会发生蠕变，即形变随时间逐渐增加高分子凝胶的结构和性能高分子薄膜的形成与性质溶液浇铸法1将高分子溶液浇铸在基板上，然后蒸发溶剂形成薄膜挤出成型法2将高分子熔体通过模具挤出，形成连续的薄膜薄膜性能3高分子薄膜具有良好的透气性、阻隔性、强度和柔韧性等性能高分子纳米结构的研究进展纳米管纳米粒子纳米纤维具有高强度、高导电性和高表面积等优异性尺寸在纳米范围内，具有独特的物理化学性具有高比表面积、高孔隙率和良好的生物相能质容性高分子的结晶及微观形态结晶过程微观形态高分子链从无序状态转变为有序状态，形成晶体结构高分子材料的结晶形态多种多样，例如球晶、片晶、纤维晶等高分子材料的力学性能强度韧性硬度高分子材料抵抗断裂的能力，与链的高分子材料在断裂前发生塑性形变的高分子材料抵抗局部变形的能力，与缠结程度、结晶度等因素有关能力，与高分子链的柔性、分子间作分子间作用力、结晶度等因素有关用力等因素有关高分子材料的热稳定性玻璃化转变温度高分子材料从玻璃态转变为橡胶态的温度1熔融温度高分子材料从结晶态转变为熔融态的温度2热降解温度高分子材料开始发生化学降解的温度3高分子材料的电学性能导电性高分子材料的导电性取决于其分子结构、链段运动等因素介电性高分子材料可以作为电介质，在电场中储存电能静电性高分子材料容易产生静电，影响其应用性能高分子材料的光学性能透明性着色性光学活性高分子材料可以透光，用于制作透明的薄膜、高分子材料可以通过添加颜料或染料来改变某些高分子材料可以导光，用于制作光纤等容器等颜色高分子材料的耐候性能耐紫外线耐水解高分子材料抵抗紫外线照射的能高分子材料抵抗水解反应的能力，力，防止材料发生降解和老化防止材料在潮湿环境中发生降解耐氧化高分子材料抵抗氧化反应的能力，防止材料发生老化和变色高分子材料的生物相容性12生物惰性生物降解性高分子材料在生物体内不发生化学反高分子材料在生物体内可以被降解，应，不会引起免疫反应不会在体内长期残留3生物活性高分子材料可以与生物体发生相互作用，例如促进细胞生长、药物释放等高分子材料的环境友好性可降解性可回收性12高分子材料可以被微生物降解，高分子材料可以重复利用，减减少环境污染少资源消耗低毒性3高分子材料在生产和使用过程中不会产生有害物质，对环境友好高分子材料的可降解性生物降解由微生物或酶催化降解高分子材料1光降解利用光照引发高分子材料的降解2水解降解利用水分子与高分子材料发生化学反应，使其降解3高分子材料的智能性能响应性高分子材料可以对外界刺激做出响应，例如温度、pH值、光照等自修复性高分子材料可以自我修复损伤，延长使用寿命自组装性高分子材料可以自发地组装成具有特定结构和功能的材料高分子材料的复合增强增强材料复合方式添加纳米材料、纤维、填料等增强材料，提高高分子材料的强度、采用不同的复合方式，例如共混、接枝、层状复合等，实现材料韧性等性能性能的协同增强高分子材料的表面功能化疏水改性亲水改性提高高分子材料的防水性能，使其不提高高分子材料的亲水性，使其更容易被水浸润易吸水抗菌改性赋予高分子材料抗菌性能，抑制细菌的生长高分子材料的生产工艺聚合反应成型加工利用单体进行聚合反应，合成高将合成的高分子材料加工成各种分子材料形状和尺寸的产品表面处理对高分子材料表面进行处理，改善其性能和外观高分子材料的表征方法光谱分析利用红外光谱、核磁共振等方法研究高分子材料的力学测试利用拉伸试验机、冲击试验机等设备研究高分子材结构和组成料的力学性能123热分析利用差示扫描量热法、热重分析等方法研究高分子材料的热稳定性和相转变行为高分子材料的应用领域高分子材料的发展趋势生物降解材料可降解高分子材料的研发和应用，减少环境污染智能材料开发具有感知、响应、自修复等功能的智能高分子材料纳米材料高分子纳米材料的研究与应用，推动材料性能的突破高分子物理学的新兴方向分子模拟显微技术生物高分子利用计算机模拟高分子材料的结构和性质利用原子力显微镜、透射电子显微镜等技术研究生物高分子材料，例如蛋白质、多糖等研究高分子材料的微观结构高分子物理学的前沿热点高分子自组装高分子光电材料研究高分子材料自发地组装成特开发具有光电功能的高分子材料，定结构和功能的材料例如太阳能电池材料、发光二极管材料等高分子生物材料研究具有生物相容性、生物降解性等特性的高分子材料高分子物理学的挑战与机遇挑战机遇高分子材料的可持续发展、性能优化、功能化等方面的挑战高分子材料在能源、环境、医疗等领域具有广阔的应用前景结论与展望高分子物理学为人类社会发展提供了重要的材料基础，未来将继续蓬勃发展，引领材料科学的未来。